专利名称：激光笔作光源的音叉共振实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理教学仪器，特别涉及一种能显示振动现象的物理教学仪器，尤其是适用于中学物理课堂演示的物理教学仪器。
背景技术：
在媒质中声音的传播和声音共鸣的中学物理教学中，一般使用音叉做演示。在讲授声音传播时，是通过音叉的振动来演示。通常利用通草球或泡沫塑料球质轻且易飘的性质，将其接触音叉，小球弹起，表明音叉在振动，即声音在媒质中传播。但是，在演示该实验时，实际上却存在着如下问题第一，小球容易受空气流动(空气阻力)的影响；第二，通草球表面相对较软，接触音叉时发生“软碰撞”，亦会影响弹起效果，所以小球弹起的振幅不大，微乎其微，不易被学生观察到。
在讲授声音共鸣时，方法一，用两个音叉，敲击其中一个音叉，听另一个音叉的声音，由于另一个音叉的共鸣声过小，学生几乎听不到共鸣声；方法二，仍然用通草球或泡沫塑料球接触另一个音叉，小球弹起，表明音叉产生共鸣。但是，由于上述两个问题的存在，小球弹起的振幅不大，微乎其微，所以学生仍然感受不到发生共鸣这种物理现象，那么，更不易被教室中的每一个同学观察到。
基于上述原因，这种实验方式其实验效果不明显，学生有时甚至观测不到实验现象，因而几乎无助于教师对所授知识、实验内容的讲解，从而影响教学效果。
尽管有的教师提出用扩音机来解决这个问题，但又增加了其它的一些麻烦；此外，还有的教师通过使用CAI课件演示的方式进行讲授，而这样将在一定程度上影响学生观察实验现象的直观性和学习的积极性，不利于激发学生学习物理知识的兴趣。
技术方案为了克服现有的在中学物理课堂教学中演示音叉振动及共振现象存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种成本较低，且便于搬移、易于在课堂教学中演示的、可以使不同方位上的学生都能清晰地观察到实验现象的音叉共振实验仪。
本实用新型解决其实际问题所采用的设计方案是它包括激光笔、光屏、分光板、反射镜、贴有反射镜的音叉、共鸣箱、底板；贴有反射镜的音叉安装在共鸣箱上，激光笔安装在底板的右侧；其余依光束的透射、反射关系安装在底板的相应位置激光光束首先照射在反射镜(9)上，并被反射至反射镜(7)上，经反射镜(7)反射到分光板(11)上；经分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；光束将再次被透射、反射，其中透射光线射到光屏(2)上，而反射光线经反射镜(10)反射后，使光线反射至分光板(13)上；光线将又一次分为反射光线和透射光线，其中反射光线射到光屏(3)上，而透射光线射入反射镜(8)，经反射镜(8)反射到光屏(2)上。
本实用新型的激光笔、光屏、分光板、反射镜是通过可调节的光学元件支架安装在底板上。
本实用新型的激光笔是通过可调节装置安装在可调节的光学元件支架上，可调节装置由激光笔套管、激光笔开关调节螺丝、激光笔仰角调节螺丝构成；用垫圈将激光笔安装在激光笔套管内；在激光笔套管下方和侧面分别安装激光笔仰角调节螺丝、激光笔开关调节螺丝。
本实用新型的光屏、分光板、反射镜是通过光学元件框夹安装在可调节的光学元件支架上。
本实用新型音叉上的反射镜(9)、(10)是用相同材质制成的反射镜。
本实用新型的有益效果是该共振实验仪成本较低，易于搬移。因此，该实验仪可以很方便地带入教室，用于普通课堂教学演示。与目前常用的演示音叉振动及共振现象的方法相比较，该仪器运用了光学方法演示声学实验，它的实验效果形象、生动，更有助于学生观察实验现象，理解物理概念。并且该仪器使用了两个可以调节角度的光屏，可以方便地将实验现象展现给坐在教室内不同方位上的更多的学生，使教室中的所有学生能直接地观察到清晰的实验现象，有助于教师通过对实验现象的分析来讲解声学知识，提高教学效果。由于该仪器中的激光笔是安装在可调节装置上，各个光学元件都被安装在可调节的光学元件框夹上；它们又是通过可调节的光学元件支架安装在底板上，从而有利于教师在课前对实验仪进行调试，以便达到最佳的实验效果。
图1是本实用新型的光学元件框夹安装在光学元件支架上的结构示意图。
图2是本实用新型的激光笔可调节装置安装在光学元件支架上的结构示意图。
图3a是本实用新型的光路图。
图3b是本实用新型的整体结构图。
图中1.激光笔，2.光屏，3.光屏，4.底板，5.共鸣箱，6.共鸣箱，7.反射镜，8.反射镜，9.贴于音叉叉枝上的反射镜，10.贴于音叉叉枝上的反射镜，11.分光板，12.分光板，13.分光板，14.音叉，15.音叉，16.支撑螺丝，17.激光笔套管18.激光笔仰角调节螺丝，19.激光笔仰角调节螺丝，20.垫圈，21.垫圈，22.激光笔开关调节螺丝，23.手柄，24.手柄，25.支柱，26.高低调节螺旋，27.底座，28.光学元件框夹，29.仰角调节螺丝，30.弹性物。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1、2所示，光学元件支架是由支柱(25)、高低调节螺旋(26)、底座(27)构成，支柱(25)安装在底座(27)上，在底座(27)上安装一个高低调节螺旋(26)。这样，若放松这个螺旋，支柱(25)能在360°角的范围内自由旋转，还能方便使用者对支架的高低进行调试。考虑到仪器的美观性，支柱(25)的材质选用有机玻璃。
如图1，光学元件框夹(28)是由铁板制成的槽状物，在它的一侧安装三个仰角调节螺丝(29)，既可以起到调节各个光学元件仰角的作用，还可以将各个光学元件固定在光学元件框夹(28)上，并在光学元件与光学元件框夹(28)之间垫上一层弹性物(30)，弹性物(30)可以是橡胶垫或硬纸片，从而方便使用者对实验仪进行调试。光学元件如光屏(2、3)、分光板(11-13)、反射镜(7、8)通过框夹(28)安装在光学元件支架的支柱(25)上。
如图2，激光笔可调节装置是由激光笔套管(17)、激光笔仰角调节螺丝(18、19)、垫圈(20、21)，激光笔开关调节螺丝(22)构成。用垫圈(20)和垫圈(21)将激光笔固定在激光笔套管(17)内，在激光笔套管(17)侧面安装上一个激光笔开关调节螺丝(22)，通过开关调节螺丝对激光笔开关的挤压，达到方便使用者控制激光笔开关的目的。在激光笔套管(17)的下方靠近前端和后端处分别安装激光笔仰角调节螺丝(18)和激光笔仰角调节螺丝(19)，目的是方便使用者对激光笔的仰角进行调节。激光笔通过这个可调节装置安装在可调节的光学元件支架的支柱(25)上。
如图3b所示，音叉(14、15)的叉枝上分别粘贴相同材质的反射镜(9、10)，音叉(14、15)分别安装在共鸣箱(5、6)上。7个装有相应光学元件的支架和2个装有音叉的共鸣箱，依照光束的透射、反射关系所形成的光路如图3a所示，分别安装在底板(4)的相应位置(图3b所示)激光笔(1)安装在底板(4)的右侧，激光光束首先照射到反射镜(9)，并被反射至反射镜(7)上，经反射镜(7)反射到分光板(11)上，经分光板(11)反射光射到光屏(3)上，即由音叉(14)上反射镜(9)产生的光点，而透射光至分光板(12)上；光束将再次被透射、反射，其中透射光线射到光屏(2)上，即由音叉(14)上反射镜(9)产生的光点，而反射光线经反射镜(10)反射后，使光线反射至分光板(13)上；光线将又一次分为反射光线和透射光线，其中反射光线射到光屏(3)上，即由音叉(15)上反射镜(10)产生的光点，而透射光线射入反射镜(8)，经反射镜(8)反射到光屏(2)上，即由音叉(15)上反射镜(10)产生的光点。在底板(4)的四个角分别安装四个支撑螺丝(16)。同时，为了便于使用者对共振实验仪的搬移，在底板(4)上焊接上手柄(23)和手柄(24)。
激光笔采用体积小、输出功率为1mW的红宝石激光器(本文中称为激光笔)为光源。旋转激光笔开关调节螺丝(22)打开激光笔(1)，调整激光笔、光学元件框夹的仰角调节螺丝，使激光光束照射到贴于音叉(14)叉枝的反射镜(9)上，经过反射镜，分光板等光学元件的反射和透射后，光屏上产生靠下的光点，靠下的光点是贴于音叉(14)叉枝的反射镜(9)产生的；靠上的光点是贴于音叉(15)叉枝的反射镜(10)产生的光点(此过程教师也可在课前调试完成)。
教师在讲授媒质中声音的传播时，需演示音叉振动的实验，可事先将产生靠上光点的音叉(15)叉枝上的反射镜(10)遮住(使光屏上只出现音叉(14)上反射镜(9)所产生的靠下光点)，敲击音叉(14)，由于音叉的振动，使得音叉(14)上反射镜(9)产生的光点(靠下的光点)在光屏上产生跳动，从而可以证明音叉(14)在振动。
教师在讲授声音共鸣时，需演示音叉共鸣的实验，教师可事先说明用靠上的光点来演示共振现象。操作时，可事先将产生靠上那对光点的音叉(15)上的反射镜(10)遮住(使光屏上只出现靠下的光点)，然后敲击另一个音叉(14)，由于共振作用，使得产生靠上那对光点的音叉(15)产生振动，教师可用一个橡皮圈套住刚才受敲击的音叉(14)，然后拿掉另一个音叉(15)上反射镜(10)上的遮蔽物，这时光屏上靠上的光点将会产生跳动，而起振音叉(14)由于被套上了一个橡皮圈从而停止了振动，因此靠下的光点停止了跳动，从而可以证明音叉(15)的振动，是由于敲击音叉(14)声音共鸣所致，由此演示了音叉的共振现象。
权利要求1.一种激光笔为光源的音叉共振实验仪，其特征是它包括激光笔、光屏、分光板、反射镜、贴有反射镜的音叉、共鸣箱、底板；贴有反射镜的音叉安装在共鸣箱上，激光笔安装在底板的右侧；其余依光束的透射、反射关系安装在底板的相应位置激光光束首先照射在反射镜(9)上，并被反射至反射镜(7)上，经反射镜(7)反射到分光板(11)上；经分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；光束将再次被透射、反射，其中透射光线射到光屏(2)上，而反射光线经反射镜(10)反射后，使光线反射至分光板(13)上；光线将又一次分为反射光线和透射光线，其中反射光线射到光屏(3)上，而透射光线射入反射镜(8)，经反射镜(8)反射到光屏(2)上。
2.根据权利要求1所述的激光笔为光源的音叉共振实验仪，其特征是激光笔、光屏、分光板、反射镜是通过可调节的光学元件支架安装在底板上。
3.根据权利要求2所述的激光笔为光源的音叉共振实验仪，其特征是激光笔通过可调节装置安装在可调节的光学元件支架上，可调节装置由激光笔套管、激光笔开关调节螺丝、激光笔仰角调节螺丝构成；用垫圈将激光笔安装在激光笔套管内；在激光笔套管下方和侧面分别安装激光笔仰角调节螺丝、激光笔开关调节螺丝。
4.根据权利要求2所述的激光笔为光源的音叉共振实验仪，其特征是光屏、分光板、反射镜是通过光学元件框夹安装在可调节的光学元件支架上。
5.根据权利要求1所述的激光笔为光源的音叉共振实验仪，其特征是音叉上的反射镜(9)、(10)是用相同材质制成的反射镜。
专利摘要本实用新型公开了激光笔作光源的音叉共振实验仪，解决了实验现象不明显，学生不易观察到等问题。方案包括激光笔、光屏、分光板、反射镜、贴有反射镜的音叉、共鸣箱、底板；贴有反射镜的音叉安装在共鸣箱上；它们依光束的透、反射关系安在底板上激光笔安装在右侧，光束先照在反射镜(9)上，并被反射至反射镜(7)上，经它反射到分光板(11)上；经分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；透射光射到光屏(2)上，而反射光经反射镜(10)反射后，至分光板(13)上；反射光又射到光屏(3)上，而透射光射入反射镜(8)，经反射镜(8)又反射到光屏(2)上。它结构简单，成本较低，可方便带入教室，使所有同学都能观察到效果明显、形象、生动的实验。
文档编号G09B23/00GK2828976SQ20052002668
公开日2006年10月18日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者李雅峰, 张冠军 申请人:天津师范大学